CH644954A5 - Feldeffektsteuerbare fluessigkristall-anzeigezelle. - Google Patents

Description

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PATENTANSPRUCH

Feldeffektsteuerbare Flüssigkristall-Anzeigezelle mit

- einem Paar von Unterlagen, von denen mindestens eine transparent ist,

- einem zwischen den Unterlagen angeordneten verdreht-nematischen Flüssigkristallmaterial,

- je einer schräg zur Senkrechten auf die Unterlagen unter einem Winkel von 30 bis 45" zur Senkrechten aufgedampften ersten Molekül-Ausrichtschicht aus SiO, und mit

- einer ebenfalls schräg in einem Winkel von 80 bis 85° zur Senkrechten auf die Unterlagen aufgedampften zweiten Molekular-Ausrichtschicht aus SiO, wobei die Normalprojektionen der ersten und der zweiten Aufdampfrichtung auf die Unterlage einen Winkel von 90° einschliessen,

dadurch gekennzeichnet, dass

- eine im wesentlichen senkrecht auf die Unterlagen (11) unmittelbar auf diese aufgebrachte isolierende und Unebenheiten egalisierende Zwischenschicht (13) aus SÌO2 mit einer Dicke von etwa 100 nm vorhanden ist,

- die erste SiO-Ausrichtschicht (14) auf der SÌO2-ZWÌ-schenschicht eine Schichtstärke von 1 nm bis 50 nm aufweist, und däss

- die über der ersten SiO-Ausrichtschicht (14) aufgetragene zweite SiO-Ausrichtschicht ( 15) eine Stärke von weniger als 3 nm aufweist.

Die Erfindung betrifft eine feldeffektsteuerbare Flüssigkristall-Anzeigezelle gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Bei Flüssigkristall-Anzeigeelementen für Feldeffektbetrieb mit verdrehtnematischen Flüssigkristallen weisen die Flüssigkristallmoleküle eine positive dielektrische Anisotropie und eine um 90° um die sich gegenüberliegenden Oberflächen der beiden Trägerplatten verdrehte Struktur auf und verlaufen parallel zu den beiden, die Flüssigkristallzelle begrenzenden Trägerplatten.

Bekanntlich lässt sich diese Art Flüssigkristallanzeigen unter Anwendung der Reib- oder Aufdampfungstechnik herstellen, um die zu den Oberflächen der Trägerplatten und in einer bestimmten Richtung verlaufende Molekularausrichtung zu erzielen. Siehe hierzu beispielsweise US-PS 3 834 792 und US-PS 3 964 158.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Flüssig-kristall-Anzeigezelle der eingangs genannten Art bzw. eine dafür geeignete Unterlage bzw. Trägerplatte gegenüber dem bisherigen Stand der Technik wesentlich zu verbessern.

Die erfindungsgemässe Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch angegeben. Die erfindungsgemäss erzielbaren Vorteile können der nachstehenden Figurenbeschreibung entnommen werden.

Ein die Merkmale der Erfindung aufweisendes Ausführungsbeispiel wird nachstehend in Verbindung mit einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht zur Schrägbedamp-fungstechnik,

Fig. 2 und 3 eine zum Stand der Technik gehörende Flüssigkristall-Anzeigezelle in Draufsicht bzw. Seitenansicht,

Fig. 4 einen Querschnitt durch eine Trägerplatte einer erfindungsgemässen Flüssigkristall-Anzeigezelle und

Fig. 5 eine Draufsicht zur Erläuterung der Verdampfungsrichtung bei der Herstellung der erfindungsgemässen Trägerplatte.

Zunächst soll in Verbindung mit Figur 1 die beim Stand der Technik verwendete frühere Aufdampfungsmethode erläutert werden. Auf eine Glasunterlage 1 wird konventionell in einer Aufdampfungs- oder Aufsprühtechnik ein als Hauptbestandteil In^Oj, SnO: oder dergleichen enthaltender transparenter und leitfähiger Film durchgehend aufgetragen. Anschliessend werden aus dem transparenten leitfähigen Film durch Ätzen in gewünschter Formgestaltung Elektroden 2 gebildet; ein Alternativweg wäre hier eine Masken-Aufdampfungstechnik. Danach wird unter einem geeigneten, beispielsweise 45 bis 70° oder 80 bis 85° betragenden Einfallswinkel ein SiO-Film zur Molekülausrichtung auf die Unterlage 1 mit den Elektroden 2 aufgebracht, wobei unter Einfallswinkel die Einfallsrichtung 3 der aufgedampften Partikel gegenüber der Senkrechten zur Oberfläche der Unterlage zu verstehen ist. Bei einem Einfallswinkelbereich zwischen 45 und 70° zeigen die Flüssigkristallmoleküle eine homogene Ausrichtung relativ zur Ebene der Unterlage, während die Längsachsen senkrecht zur Einfallsrichtung der aufgedampften Partikel stehen. Bei 80 bis 85° jedoch liegen die Flüssigkristallmoleküle parallel mit der Einfallsrichtung.

Vorausgesetzt, die Flüssigkristall-Anzeigezelle ist so eingerichtet, dass die Molekularausrichtungen zur Oberfläche der beiden Elektrodenunterlagen zueinander in rechtem Winkel stehen, so weisen die Flüssigkristallmoleküle in der Anzeigezelle eine verdrehte Struktur gegenüber den beiden Unterlagen auf, und die Flüssigkristallanzeige lässt sich im Feldeffektbetrieb steuern (Twisted Nematic Field Effect Mode-Anzeige). Jedoch besitzen die mit Hilfe der konventionellen Schrägbedampfungstechnik hergestellten TN-FEM-Anzeigen die nachstehend aufgeführten drei grundsätzlichen Nachteile:

a) Jede mögliche Oberflächenunebenheit oder -rauhheit der Unterlagen führt zu dem Mangel, dass bei der Schrägauf-dampfung vorspringende Einfassungskanten am Umfang der Ungleichmässigkeit auftreten. Auch wenn man den abgelagerten SiO-Film zum Ausgleich der Oberflächenunebenheiten dicker macht, dann treten andere Probleme bezüglich der chemischen Stabilität auf, und es entwickeln sich Blasen durch Reaktion mit dem Flüssigkristall.

b) Es gibt Probleme der Neigungsabweichung. Für den Fall, dass die Aufdampfung unter einem Einfallswinkel zwischen 45 und 60° erfolgt, ist der aufgetragene Film beiderseits der Molekularausrichtungsrichtung symmetrisch, während die Flüssigkristallmoleküle senkrecht zur Einfallsrichtung der aufgedampften Partikel verlaufen. Dabei ist es sehr schwierig, die Flüssigkristallmoleküle über die ganze Auflage hinweg in einer bestimmten Richtung zu verdrehen, und so entstehen Verdrehneigungsabweichungen. In Figur 2 drehen die Flüssigkristallmoleküle im Bereich I nach links und im Bereich II nach rechts, zwischen den Bereichen besteht also eine unterschiedliche Verdrehrichtung. Das führt dann zu Neigungsabweichungen auf der in Figur 2 mit d bezeichneten Grenzlinie.

Da die Flüssigkristallmoleküle parallel zur Oberfläche der Unterlage verlaufen, bleibt beim Anlegen einer Spannung die Richtung des Steigungswinkel der Molekülausrichtung gegenüber einem, durch die angelegte Spannung induzierten, elektrischen Feld instabil. Es bilden sich in der Flüssigkristallschicht Bezirke mit unterschiedlicher Molekülausrichtung (siehe Figur 3). Wie sich aus Figur 3 entnehmen lässt, verlaufen die Neigungsrichtungen der Flüssigkristallmoleküle in den beiden Bereichen I und II entgegengesetzt. Bei einem Einfallswinkel zwischen 80 und 85° können Verdrehung und Neigungsabweichungen fast vollständig aufgehoben oder vermindert werden. In diesem Fall zeigt sich jedoch der Nachteil, dass unvermeidbar eine Interferenzfarbe sichtbar und ferner das Kontrastverhältnis sehr stark reduziert wird, weil die Flüssigkristallmoleküle die Neigung zeigen, sich von der Oberfläche der Unterlage abzuheben. Diese Nachteile sind besonders bei leicht ablesbaren und gut herstellbaren Anzeigen zu beobachten.

c) Das letzte wichtige Problem besteht darin, dass der

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schräg aufgebrachte Film aus SiO nicht genügend chemische Stabilität gegenüber dem Flüssigkristall aufweist. Dies hat Bedeutung für eine längere Gebrauchsdauer der Flüssigkristallzelle, weil die Blasenbildung gefördert wird.

Alle diese Nachteile werden bei der erfindungsgemässen s Flüssigkristall-Anzeigezelle durch einen transparenten, dreitägig aufgebauten Isolierfilm vermieden, der zu einer hohen Anzeigequalität führt.

Eine feldeffektsteuerbare Flüssigkristall-Anzeigezelle mit erfindungsgemässen Merkmalen weist ein Paar von Unterla-gen, von denen mindestens eine transparent ist, ein zwischen den Unterlagen angeordnetes verdrehtnematisches Flüssigkristallmaterial, eine erste Molekül-Ausrichtschicht aus SiO, die in einem Winkel von 30 bis 45° zur Senkrechten schräg auf die Unterlagen aufgedampft ist, und eine zweite Molekular- 15 Ausrichtschicht aus SiO auf, die in einer um 90° gegenüber der Ebene, der ersten Aufdampfrichtung gedrehten Ebene und ebenfalls schräg unter einem Winkel von 80 bis 85° zur Senkrechten auf die Unterlagen aufgedampft ist; sie ist erfin-dungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass eine im wesentli- 20 chen senkrecht auf die Unterlagen unmittelbar auf diese aufgebrachte isolierende und Unebenheiten egalisierende Zwischenschicht aus SÌO2 mit einer Dicke von etwa 100 nm vorhanden ist, dass die erste SiO-Ausrichtschicht auf der SiOi-Zwischenschicht eine Schichtstärke von 1 nm bis 25

50 nm aufweist, und dass die über der ersten SiO-Ausricht-schicht aufgetragene zweite SiO-Ausrichtschicht eine Stärke von weniger als 3 nm aufweist.

Bei dem Ausführungsbeispiel von Figur 4 trägt eine nicht hochwertig bearbeitete bzw. leicht unebene Trägerplatte 11 30 aus Glas als Unterlage einen abgegrenzten transparenten leitfähigen Film 12 aus ïmOî, und auf diesen ist als erste Schicht des ausgerichteten Films ein dünner Film 13 aus SÌO2 oder dergleichen mit einer Dicke von etwa 0,1 um in der Normalbzw. Senkrechtrichtung zur Trägerplattenoberfläche aufge- 35 dampft. Dann wird als zweite Schicht 14 SiO mit einer Dicke von 0,001 um bis 0,05 jj.m unter einem Winkel zwischen 30 bis 45° gegenüber der Unterlagen-Normalen in Richtung der Normalebene A von Figur 5 aufgedampft. Danach wird als dritte Isolierschicht 15 wiederum SiO unter einem zwischen 40 80 bis 85° ausgewählten Einfallswinkel gegenüber der Unter-lagen-Normalen in Richtung der Normalebene B in Figur 5 mit einer unterhalb 0,003 um, vorzugsweise zwischen 0,00015 bis 0,001 um liegenden Dicke aufgedampft.

Die Aufgabe der ersten Isolierschicht 13 ist die Vermei- 45 dung des erstgenannten Problems a), nämlich die Trägerplatten-Oberflächenunebenheiten auszugleichen. Die erste Isolierschicht kann eine ganz ausgezeichnete Molekularausrichtung bewirken.

Die zweite aufgedampfte Isolierschicht gewährleistet die Molekularausrichtung in einer bestimmten Richtung, also eine gedrehte Struktur der Flüssigkristallmoleküle.

Die dritte Isolierschicht verleiht der zweiten Isolierschicht eine Asymmetrie, die bei der Überwindung des zweiten, mit b) bezeichneten Problems der Neigungsabweichung hilfreich ist. Die chemische Stabilität des aufgelagerten SiO-Films gegenüber dem Flüssigkristall wird dadurch gewährleistet, dass die Summe der Dicken der zweiten und dritten SiO-Schichten unter etwa 0,05 jim gehalten wird. Somit bietet der erfindungsgemässe dreilagige Film eine stabile und gute Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle über eine lange Lebensdauer der Anzeigezelle. Es sei darauf verwiesen, dass in Figur 4 nur eine Unterlage bzw. Trägerplatte der Anzeigezelle mit der beschriebenen Gestaltung dargestellt ist. Wie der Fachmann weiss, benötigt die komplette Zelle zwei Unterlagen bzw. Trägerplatten dieser Art mit gleicher Gestaltung.

Nachstehend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.

Nachdem Im03 mit einem Zusatz von 5,0 Gew.-% Sn02 in einer Dicke von 0,05 am aufgedampft worden ist, wird SÌO2 als erste Schicht in einer Dicke von etwa 0,1 um aus einer zur Unterlage normalen Richtung mit Hilfe der Elektronenstrahl-methode aufgedampft. Danach wird die zweite Schicht aus SiO in einer Dicke von 0,0025 [im schräg aufgedampft unter einem Einfallswinkel von 30° gegenüber der Unterlagen-Normalen in Richtung der Normalebene A in Figur 5. Schliesslich wird die dritte Schicht aus SiO mit einer Dicke von 0,0005 um unter einem Einfallswinkel von 85° gegenüber der Unterlagen-Normalen in Richtung der Normalebene B von Figur 5 aufgedampft.

In der oben beschriebenen Weise werden beide Unterlagen bzw. Trägerplatten der Flüssigkristallzelle hergestellt, dann positioniert und mit Hilfe eines 10 jim dicken Abstandselementes so aneinander befestigt, dass die Schrägbedamp-fungsrichtungen A der jeweils zweiten SiO-Schichten senkrecht zueinander stehen.

Das anschliessend in die Zelle injizierte Flüssigkristallmaterial ist von der Firma BDH Co. zu beziehendes E-8 Biphe-nyl-Flüssigkristallmaterial.

Die so hergestellte erfindungsgemässe Flüssigkristallzelle, erbringt befriedigende Ergebnisse, die Flüssigkristallmoleküle sind chemisch stabil ohne Störungen durch Ungleichförmig-keiten der Trägerplattenoberfläche oder Neigungsabweichungen. Die fertige TN-FEM-Flüssigkristall-Anzeigezelle hatte, bei Verwendung eines Polarisators HN 42 von der Firma Polaroid Co., ein Kontrastverhältnis von 50:1 und ein gutes Ansprechverhalten, mit 70 ms Anstiegszeit und 120 ms Abklingzeit bei 25 °C und 5 V.

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1 Blatt Zeichnungen